DE2916956C2

DE2916956C2 - Lichtemittierende Vorrichtung

Info

Publication number: DE2916956C2
Application number: DE2916956A
Authority: DE
Inventors: Kunio Aiki; Ryoichi Hachioji Tokyo Ito; Yutaka Ohme Tokyo Takeda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1979-04-26
Publication date: 1984-02-02
Also published as: NL177265C; JPS5746235B2; US4270134A; NL177265B; NL7903361A; CA1133616A; GB2020096A; DE2916956A1; GB2020096B; FR2424685B1; JPS54142988A; FR2424685A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtemittierende Vorrichtung mit einem von zwei Lichtaustrittsflächen in entgegengesetzte Richtungen lichtemittierenden Halbleiterelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Will man das in der einen Richtung durch ein lichtemittierendes Halbleiterelement, wie einen Halbleiter-Laser, ausgesandte Licht zur optischen Nachrichtenübertragung verwenden, so wird in der Vorrichtung ein Fenster ausgebildet, so daß das vom darin befindlichen lichtemittierenden Element herrührende Licht austreten und nach Durchlaufen eines Linsensystems weiter verwendet werden kann. Dabei wird das von der anderen Fläche emittierte Licht zur Überwachung der Lichtabgabe des lichtemittierenden Halbleiterelements verwendet. Dieses Licht wird über einen Lichtleiter, beispielsweise über eine optische Faser oder einen Glasstab, abgenommen und einem Lichtempfängerelement zugeführt.

Fig. 1 zeigt im Schnitt schematisch eine bekannte lichtemittierende Vorrichtung mit einem Gehäuse 1, einem stabförmigen Lichtleiter 2, einem Lichtfenster 3, einem lichtemittierenden Halbleiterelement 4, reflek-

tiertem Licht 5, emittiertem Licht 6 und einem Befestigungselement 7 für den Lichtleiter.

Der Aufbau, bei welchem die Endfläche eines Lichtleiters der lichtemittierenden Fläche eines lichtemittierenden Halbleiterelements, wie in Fig. 1, zugekehrt ist, ist beispielsweise in der DE-OS 26 12 657 beschrieben.

Bei einem solchen Aufbau wird, wenn etwa ein Glasstab als Lichtleiter zur Überwachung verwendet wird, Laser-Licht an der Endfläche des Glasstabs reflektiert und in die entgegengesetzte Richtung gesandt Infolgedessen ist dem an der Vorderseite direkt oder über das" Fenster abgenommenen Licht dieses reflektierte Licht überlagert, und es ergibt sich ein Interferenzmuster.

Die auf ein solches Interferenzmuster zurückgehende Ungleichförmigkeit des ausgegebenen Lichts führt in der optischen Nachrichtenübertragung zu Störungen. Auch wenn eine solche Vorrichtung als Lichtquelle für das Schreiben oder Lesen von Informationen in einer Aufzeichnungsschicht verwendet wird, verursacht obige Ungleichförmigkeit Fehler.

Aufgabe der Erfindung ist es, störende Interferenzen zwischen dem Nutzlicht und dem von der inneren Endfläche des Überwachungs-Lichtleiters reflektierten Lichts mit einfachen Mitteln zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch eine lichtemittierende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches '. gelöst, die gemäß der Erfindung die Ausgestaltung nach dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruches besitzt.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit den F i g. 2 bis 7 beschrieben. Bei dieser sind die

Fig.2—6 Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen der lichtemittierend^n Vorrichtung und die

F i g. 7 Kurven, die die Verteilung des ausgegebenen Lichts für Halbleiter-Laser in verschiedenen Ausführungsformen zeigen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 besteht das Gehäuse 1 aus einem metallischen Werkstoff, wie etwa Kupfer oder Messing. Der Lichtleiter 2 ist beispielsweise ein Glasstab, ein Quarzstab oder ein Epoxydharzstab. Das Fenster 3, durch das das Licht nach außen gelangt, besteht beispielsweise aus Glas, Quarz oder Kunstharz. 4 bezeichnet das lichtemittierende Halbleiterelement, welches Licht in zwei Richtungen emittiert, beispielsweise ein Halbleiter-Laserelement. 5 bezeichnet Licht, das auf der Endfläche des Lichtleitstabs reflektiert worden ist, und 6 bezeichnet Licht, das vom lichtemittierenden Halbleiterelement direkt ausgesandt worden ist. Das Element 7 zur Befestigung des Lichtleiters ist durch einen bekannten Kleber, etwa einen Epoxydharz-Kleber gebildet. Das lichtemittierende Halbleiterelement ist in üblicher Weise mit elektrischen Anschlüssen versehen. Dazu wird ein Leiter 8 durch einen isolierenden Werkstoff 9, wie etwa Glas, hindurch in das Gehäuse eingeführt und mit dem Halbleiterelement über einen Anschlußdraht verbun- ■ den. Bei Verwendung eines metallischen Gehäuses wird dieses als die andere Stromzuleitung verwendet. Das lichtemittierende Halbleiterelement ist auf einem Kühlkörper angeordnet. Bei den dargestellten Ausführungsformen ist das Gehäuse 1 beispielsweise aus Kupfer ausgeführt und in diesem ein Vorsprung

ausgebildet, der als Kühlkörper wirkt. Natürlich kann dieser Aufbau auch so abgewandelt sein, daß ein als Kühlkörper dienender Block getrennt ausgebildet ist, das lichtemittierende Halbleiterelement auf dem so ausgebildeten Kühlkörper angeordnet ist und der Kühlkörper in dem Gehäuse befestigt ist. In diesem Fall kann der Kühlkörper aus Keramikwerkstoff ausgebildet sein. Das lichtemittierende Halbleiterelement wird so auf dem Kühlkörper angeordnet, daß die eine der lichtemittierenden Flächen des Halbleiterelernents in der Umgebung der einen der Endflächen des Kühlkörpers zu liegen kommt. Wenn die lichtemittierende Fläche des Halbleiterelernents bezüglich der Endfläche des Kühlkörpers um 5 μηι oder mehr zurückversetzt ist, kommt es zu einer Reflexion von emittiertem Licht an der Oberseite des Kühlkörpers, dieses reflektierte Licht beeinflußt das emittierte Licht und man erhält keine guten Resultate. In diesem Zusammenhang kann das Halbleiterelement so angeordnet sein, daß die lichtemittierende Fläche geringfügig vor der Endfläche des Kühlkörpers liegt. Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Endfläche des den Lichtleiter bildenden Glasstabes schräg poliert. Die beabsichtige Wirkung der Erfindung läßt sich durch Neigung der Endfläche des Lichtleiters erreichen, wobei bevorzugt wird, daß der Neigungswinkel der Endfläche bezüglich der optischen Achse des Laserstrahls wenigstens 1° beträgt. Insbesondere wird bevorzugt, daß der Neigungswinkel der Endfläche größer als '/2 des Ausbreitungswinkels des Laserstrahlbündels ist und daß der Lichtleiter so angeordnet ist, daß diese geneigte Endfläche dem Kühlkörper zugekehrt ist. Wenn dabei der Scheitelwinkel zu klein ist, ist die Festigkeit des als Lichtleiters dienenden Glasstabes vermindert. Dementsprechend erweist sich ein Scheitelwinkel von bis zu ungefähr 30° als praktisch und es ist nicht notwendig, den Scheitelwinkel allzu klein zu wählen.

In der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform ist die Spitze des Glasstabs in eine obere und untere geneigte Fläche schleifpoliert

Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausfühmngsform ist die Spitze des Glasstabs in eine konische Form poliert

Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform ist die ϊ Endfläche des Glasstabs zu einer polygonalen Form schleif poliert

Bei den vorstehenden Ausführungsformen liegt die Achse des Glasstabs parallel zur optischen Achse des Laserstrahls. Bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform jedoch ist der Glasstab so angeordnet, daß seine Achse bezüglich der optischen Achse des Laserstrahls geneigt ist Bei dieser Ausführungsform ist die Endfläche des Glasstabs vertikal zu seiner Achse, so daß durch die Neigung die gleiche Wirkung wie bei der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform erreicht wird.

Von den verschiedenen vorgenannten Ausführungsformen ist die gemäß F i g. 2 besonders bevorzugt, weil die Herstellung solcher Flächen sehr einfach ist und ihre Herstellungskosten niedrig sind.

·?" Fig. 7 zeigt Meßergebnisse der Intensität des Laserstrahls in Richtung senkrecht zum pn-übergang eines Halbleiter-Laserelements, wobei die Abszisse den Strahlwinkel und die Ordinate die relative Intensität angibt. Jede Kurve zeigt den Relativwert der Intensität

2~> des Laserstrahls in Abhängigkeit vom Strahlwinkel, wobei aber die Intensitäten der einzelnen Kurven nicht miteinander vergleichbar sind.

Kurve 100 der F i g. 7 zeigt die Intensitätsverteilung des ausgegebenen Lichts, wie es beobachtet wird, wenn

i" der Laserstrahl nur durch ein Glasfenster abgenommen wird und kein Lichtleiter zur Überwachung der Lichtabgabe vorgesehen ist. Kurve 50 zeigt die Intensitätsverteilung der bekannten, mit einem Halbleiter-Laser bestückten Vorrichtung gemäß Fig. 1. In

i' diesem Fall sind viele Ungleichförmigkeiten zu sehen. Kurve 101 zeigt die Intensitätsverteilung der mit einem Halbleiter-Laser bestückten Vorrichtung gemäß F i g. 2. Die Kurve 101 zeigt keine Ungleichförmigkeiten und ist mit der Kurve 100 vergleichbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtemittierende Vorrichtung mit einem von zwei Lichtaustrittsflächen in entgegengesetzte Richtungen lichtemittierenden Halbleiterelement (4), das in einem Gehäuse (1) mit einem Kühlkörper für das Halbleiterelement angeordnet ist, mit einer Einrichtung (3), die das von der einen Lichtaustrittsfläche des Halbleiterelements emittierte Licht als Nutzlicht aus dem Gehäuse nach außen leitet, und mit einem zur Überwachung der Lichtabgabe von dem Halbleiterelement dienenden, in das Gehäuse hineinragenden Lichtleiter (2), der mit seiner inneren Endfläche der anderen Lichtaustrittsfläche des Halbleiterelements gegenübersteht, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Endfläche des Lichtleiters (2) gegen die optische Achse des von der anderen Lichtaustrittsfläche aes Halbleiterelements (4) emittierten Lichts geneigt ist.

2. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der anderen lichtemittierenden Fläche des Halbleiterelements (4) zugekehrte Endfläche des Lichtleiters (2) aus wenigstens zwei zur optischen Achse des vom Halbleiterelement emittierten Lichts geneigten ebenen Flächen besteht.

3. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der anderen lichtemittierenden Fläche des Halbleiterelements (4) zugekehrte Endfläche des Lichtleiters (2) ■keilförmig ist.

4. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Flächen nach innen geneigt sind, so daß sie eine Ausnehmung des Lichtleiters bilden.

5. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (2) stabförmig ist, daß die Endfläche des Lichtleiters vertikal zu seiner Stabachse ist und daß der Lichtleiter schräg zur optischen Achse des vom Halbleiterelement (4) emittierten Lichts in das Gehäuse hineinragt.